MSA测量系统的运用

第四部分测量系统分析(MSA)

6σ培训之四11、测量（Measurement)以确定实体或系统的量值大小为目标的一整套作业。包括过程、产品、服务的输入、输出及性能/绩效的定量化信息。术语及其定义22、Gage—任何用以获得测量结果的装置，特别指基层使用的量具，包括用来测量合格/不合格的装置。3、测量系统（MeasurementSystem)

用以对被测特性赋值的作业、方法、步骤、量具、设备、软件、人员的集合。

为获得测量结果的完整过程。术语及其定义3测量方法测量环境仪器设备被测量对象的特征测量人员计量基准测量系统测量系统的要素4测量系统的组成传感器：感受被测物理量/特征量的变化（长度、温度、重量、磁场、均匀性、舒适度等）转换器：物理量/特征量的转换/放大（磁-电、光-电、热-电等）读出：模拟显示、数字显示、磁记录、观测记录等（显示器、记录器、观测人员等）阻尼器：减少测量系统的高频振荡，有助于测量结果的平稳输出（滤波、磨擦、阻抗等）校准：系统验收、周期校验/使用前校验、溯源5

数据的真实性

系统的稳定性

结果的精确性测量系统的基本要求6观测值=真值？观测值测量误差真值观测值测量误差真值数据的真实性7系统的稳定性不同的时间、环境、人员、仪器设备对测量结果影响如何？系统是否处于统计控制状态？8反映被测实体/系统微小变化的能力。测量误差与被测量的变化范围（总变差）相比，是否可以接受？测量结果的精确性9分辨力（Discrimination)概念：指示装置可以有效辨别所指示的紧密相邻量值能力的定量表示。分辨力的要求：

1、最小测量单位/容差≤10%（用于计量型合格判定）

2、最小测量单位/过程变差≤10%（用于计量型过程控制）影响分辨力的因素：

1、传感器的灵敏度

2、读出装置的最小显示单位10控制制只有下列条条件下才可可用于控制制：1、与规范范相比过程程变差较小小2、预期过过程变差上上的损失函函数很平缓缓3、过程变变差的主要要原因导致致均值偏移移分析析1、对过程程参数及指指数估计不不可接受。。2、只能表表明过程是是否正在产产生合格零零件1、依据过过程分布可可用半计量量控制技术术2、可产生生不敏感的的计量控制制图1、一般来来讲对过程程参数及指指数的估计计不可接受受2、只提供供粗劣的估估计1个数据分级1个数据分级1、可用于于计量控制制图1、建议使使用5个或更多个数据分级不重叠的过过程分布的的数据分级级对控制与与分析活动动的影响分辨力11讨论论试举一种实实际使用的的测量仪器器，分析其其分辨力12准确度（Accuracy)表示测量结结果（单值值或平均值值）与真值值的接近程程度。数量上，准准确度可以以用相对误误差数表示示：准确度=基基准值－多多次测量平平均值13精密度（Precision)在相同条件件下进行重重复测量或或试验，其其结果相互互间的一致致程度。表示测定结结果中随机机误差大小小的程度。。精密度常用用测量的标标准差来表表示，标准准差越大，，精密度越越低。14ReferenceValue=.010●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●.015xxx.014xxxxxxx.013xxxxxx.012xx.011.014x.013xx.012xxx.011xxx.010xxxxx.009xxxx.008xx.007x.011xxx.010xxxxxxx.009xxxxxx.008xx●●●●准确度与精精密度15观测值=真真值？总变差测量误差过程变差观测值测量误差真值数据的真实实性16不合格产品品被接收合格产品被被拒收难以识别过过程中发生生的变化控制图失真真，不能提提供正确信信息测量误差可可能导致17随机误差----突突然发生、、不可预测测、可通过过重复测量量避免；可能源于：：环境因素的的波动测量位置的的不同人员作业的的偶然性仪器、设备备的重复特特性随机误差和和系统误差差18系统误差：不可能通通过重复测测量避免：：可能源于：：不同的时间间不同的环境境因素不同的测量量方法（程程序）人员素质的的差异校准错误仪器设备内内在偏差随机误差和和系统误差差19测量系统误误差的类型型1）偏倚（（Bias):测量值或估估计量的分分布中心（（平均值））与真值（（基准值））之差。偏倚属于系系统性误差差，直接影影响测量系系统的准确确度。观测的平均值基准值偏倚202）重复性性（Repeatability)相相同同的测量人人员、使用用同一设备备、在同一一次校准期期间、同一一实验室、、采用相同同的方法，，在较短时时间内，对对同一零件件的同一特特性测量的的结果，其其相互接近近的程度。。测量系统误误差的类型型RepeatabilityTrueAverage同一测量人员同一量具同一零件的同一特性213）再现性性（Reproducibility)不不同的测测量人员、、使用不同同设备、在在不同实验验室、在不不同时间，，采用相同同的方法对对同一零件件的同一特特性测量的的结果，其其相互接近近的程度。。测量系统误误差的类型型RepeatabilityTrueAverage不同的测量人员不同/相同一量具同一零件的同一特性OperatorBOperatorCOperatorA224）稳定性性Stability测量系统在在某持续时时间内测量量单一零件件单一特性性时，测量量值的总变变差。稳定性时间2时间1测量系统误误差的类型型235）线性Linearity

量具具在预期工工作范围内内，偏倚值值的差值。。

6）线线性度%Linearity在在预期工作作范围内线线性误差的的变化率。。测量系统误误差的类型型偏倚较小基准值观测的平均均值基准值观测的平均均值范围的较低低部分范围的较高高部分有偏倚基准值观测的平均值无偏倚偏倚较小24重复性与再再现性GR&R－－－GageRepeatability&Reproducibility------对测量量系统随机机误差的综综合评定，，目前已成成为测量系系统分析的的主要指标标。25系统性误差差：偏倚、线性性、稳定性性随机性误差差：重复性、再再现性、GR&R测量系统误误差的类型型26计量型测量量系统误差差的估计27选定基准值值重复测量并并记录观测平均值值偏倚量=偏倚百分比比：偏倚量量/过程变变差×100%确定偏倚Bias28产生偏倚的的原因校准环境不不符合规定定的要求不合理地延延长了校准准的周期测量人员变变动、测量量程序未形形成文件测量时间规规定不严、、条件变动动疏忽与失误误29测量前仪器器/量具未未校零忽略了多次次测量取平平均值的要要求测量位置不不正确常见的疏忽忽与失误30(1)小样样法ShortMethod(2)大样样法LongMethod(3)图法法GraphicalAnalysisGR&R的研研究方法31GR&R研究究中的主要因因素因素在同一实验室中的测量条件相同不同时间同一时间测量在不同时间测量校准各次测量之间未再校准各次测量之间重新校准测量人员同一测量人不同测量人员设备同一设备、同次校准不同设备应根据测量系系统不同的实实际使用情况况，确定GR&R研究究相应的测量量条件。32GR&R研究究的准备确定（方法、、人员、被测测零件数、重重复测量次数数）。被测零件应为为生产线上的的产品，变差差范围能代表表允差范围，，最好由不同同日期的产品品中每天选一一件，并予以以编号标识。。由日常从事该该测量活动的的人员进行并并事先进行培培训。33测量注意事项项盲测—随机抽抽取估读—最小刻刻度的1/2记录—防止混混淆34小样法实例零件号人员A人员B极差R14222341367145725981总极差735计算平均极差差:=1.4量具综合误差（GRR）=注：d2查表--*容差百分率（（设容差为20）%GR&R=GR&R/容差=6.1/20××100=30.5%小样法实例36大样样法法至少少2名名测测量量人人员员至少少10个个零零件件每人人对对每每个个零零件件至至少少重重复复测测2遍遍37步骤骤：：10个个零零件件逐逐一一编编号号量具具校校准准人员员A对对零零件件进进行行测测量量（（随随机机顺顺序序）），，记记录录员员记记录录读读数数人员员B、、C对对零零件件进进行行测测量量（（随随机机顺顺序序）），，记记录录员员记记录录读读数数。。上述述循循环环重重复复3遍遍，，测测量量顺顺序序打打乱乱。。大样样法法38确定定重重复复性性Repeatability选取取样样件件（（n)和和评评价价人人（（r)确定定测测量量次次数数（（m））重复复测测量量并并记记录录（（xijk)I=1,……,rj=1,……,nk=1,……,m39子组组极极差差：：平均均极极差差：：标准准差差：：重复复性性变变差差：：（（概概率率99%））重复复性性计计算算40确定定再再现现性性Reproducibility选取取样样件件（（n））和和评评价价人人（（r））确定定测测量量次次数数（（m））重复复测测量量并并记记录录（（xijk）I=1,……,rj=1,……,nk=1,……,m41再现现性性计计算算i=1,……,r再现现性性变变差差：：（概概率率99%））校正正后后的的再再现现性性：：42评价价人人标标准准差差：：测量系统标准偏差：测量量系系统统（（重重复复性性与与再再现现性性））变变差差：：GR&R=5.15σm(概率率99%））GR&R43容差差百百分分率率过过程程变变差差百百分分率率%GR&R判断断测测量量系系统统可可否否接接受受的的量量度度在MINITAB统统计计工工具具软软件件处处理理结结果果中中以以（（%SV））表表示示。。44测量量系系统统可可接接受受条条件件容差差百百分分率率≤≤10%过程程变变差差百百分分率率≤≤10%45容差差百百分分率率>30%或或过程程变变差差百百分分率率>30%测量量系系统统拒拒绝绝条条件件46需考考虑虑:被测测特特性性的的重重要要程程度度测量量系系统统的的复复杂杂程程度度成本本因因素素10%<≤≤30%容差百分率或过程变差百分率测量量系系统统有有条条件件接接受受47小样样法法:简单、快快捷、综综合反映映测量系系统重复复性与再再现性（（GR&R）误误差大样法：：数据量大大、更具具可信性性、可区区分重复复性与再再现性误误差（GR&R）的比比重，有有助于寻寻找原因因，制订订改进措措施。两种方法法比较48当重复性性误差比比重较大大时，可可能表明明：测量设备备需要保保养测量设备备刚性不不足测量过程程中零件件的定位位方式有有待改进进零件内变变差影响响过大当再现性性误差比比重较大大时，可可能表明明：需对测量量人员进进行操作作培训应更明确确规定校校准测量量的方法法和要求求经验分析析49（1）小小样法ShortMethod（（2）重重复性与与再现性性GR&R计数型测测量系统统分析50小样法研研究确定基准准零件（（n=20)确定评价价人r确定重复复测量次次数m=2判定准则则：所有测量量结果一一致—接接受否则——不不接受51设计试验验：30个零零件事先先经权威威判断作作出结论论选择3个个检验员员，每人人对每个个零件检检查2次次（顺序序打乱））并给出出接收/据收判判断结果果计算：3人判断断结果的的一致率率（R&R）3人判断断结果一一致且正正确率（（总体有有效性））计数型测测量系统统R&R研究实实例52产品：缓缓冲器质量特性性：喷漆漆表面质质量检验员：检验员两次测量结果一致率检验员两次测量结果一致且为正确率检验员1检验员2检验员3检验员1检验员2检验员3检验次数303030303030匹配数202920152817拒收错误（应接收判拒收）402接收错误（应拒收判接收）111测量结果不一致数1011095%得置信上限83.5%100.0%83.5%67.9%100.0%74.4%结果一致率66.7%96.7%66.7%50.0%93.3%56.7%95%得置信下限49.8%90.3%49.8%32.1%84.4%38.9%三个检验员对零件的六次测量结果一致率三个检验员对零件的六次测量结果一致且为正确率检验次数3030结果一致次数121195%得置信上限57.5%53.9%结果一致率40.0%36.7%95%得置信下限22.5%19.4%计数型测测量系统统R&R研究实实例53案例：胶胶印机零零件测量量系统分分析GageR&R%ContributionSourceVarComp(ofVarComp)TotalGageR&R4.87E-0644.31Repeatability1.07E-069.74Reproducibility3.80E-0634.57C13.54E-0632.25C1*C22.54E-072.32Part-To-Part6.12E-0655.69TotalVariation1.10E-05100.0054StdDevStudyVar%StudyVarSource(SD)(5.15*SD)(%SV)TotalGageR&R2.21E-031.14E-0266.57Repeatability1.03E-035.33E-0331.21Rep